Chiralità: dalle catene di “cavatappi magnetici” alle molecole di DNA

Confermata l'esistenza di uno stato intermedio fra perfetto ordine e completo disordine nei sistemi chirali, ovvero nei sistemi che non si possono sovrapporre alla propria immagine speculare. La ricerca, realizzata dall'INFM-CNR in collaborazione con l'INSTM all'Università di Firenze, è stata condotta esaminando le proprietà magnetiche di un composto molecolare. Ma la chiralità è una proprietà del tutto universale, comune tanto alla nostra mano, quanto alle chiocciole, ai cavatappi, alle molecole di DNA...

Propria di alcuni organismi viventi, come le chiocciole, e di oggetti, come le viti o i cavatappi, la chiralità è una proprietà fondamentale della natura e contraddistingue tutto ciò che non si può sovrapporre alla sua immagine speculare. Chirali sono la nostra mano e numerose molecole organiche e biologiche, ma chirali sono anche i sistemi magnetici in prossimità dello zero assoluto, salvo poi perdere questa proprietà quando la temperatura aumenta. Nessun compromesso tra i due stati ?

Sì, secondo una ricerca condotta dal Centro S3 dell'INFM-CNR in collaborazione con l'INSTM all'Università di Firenze. Lo studio apparso su Physical Review Letters1 è stato realizzato esaminando le proprietà termodinamiche di un composto molecolare, il Gd(hfac)3NITEt. Per comprendere il comportamento magnetico di questo materiale, che ha una struttura quasi unidimensionale, possiamo pensare a dei cavatappi in azione. Allo zero assoluto i “cavatappi magnetici” ruotano tutti nello stesso verso e potrebbero aprire contemporaneamente altrettante bottiglie visto che procedono in perfetta sincronia. Quando aumenta la temperatura invece i cavatappi si muovono autonomamente anche in senso opposto l'uno rispetto all'altro e l'ordine va irrimediabilmente perduto.

La ricerca ora pubblicata individua però l'esistenza di un ordinamento chirale anche a temperature superiori allo zero assoluto comprese tra 1,88 K e 2,18 K. In questo caso i cavatappi ruotano tutti nello stesso verso (donde l’ordine chirale), anche se non in sincronia: secondo l'analogia già usata, girano tutti per aprire le bottiglie ma non lo possono più fare contemporaneamente. Marco Affronte, ricercatore del centro S3 dell'INFM-CNR e docente all'Università di Modena e Reggio Emilia, spiega che “l'esistenza di uno stato intermedio tra ordine e disordine per i sistemi chirali era stata prevista nel 1978 dal fisico francese Jacques Villain, ma mai confermata sperimentalmente”. “Il risultato che abbiamo ottenuto – precisa Affronte – non è valido solo per i sistemi magnetici. Il composto molecolare che abbiamo preso in esame ha una struttura molto semplice e dunque è utile come modello, ma la chiralità è una proprietà del tutto trasversale e caratterizza moltissimi sistemi. La transizione che abbiamo individuato e studiato ha caratteristiche universali e può essere un primo passo per capire come si determina l'ordine in strutture ben più complesse come i gruppi di molecole di DNA”.

In allegato il nuovo stato chirale spiegato dalle chiocciole.

1 Two-Step Magnetic Ordering in Quasi-One-Dimensional Helimagnets: Possible Experimental Validation of Villain's Conjecture about a Chiral Spin Liquid Phase (http://link.aps.org/abstract/PRL/v100/e057203)

F. Cinti, A. Rettori, M. G. Pini, M. Mariani, E. Micotti, A. Lascialfari,N. Papinutto, A. Amato, A. Caneschi, D. Gatteschi, M. Affronte

Data articolo: febbraio 2008

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